[发明专利]一种用于低频宽带的紧凑式声波发电装置

说明书

本发明公开了一种用于低频宽带的紧凑式声波发电装置，包括：底座、阿基米德螺旋共振腔、金属基板、压电片，其中阿基米德螺旋共振腔采用一端开口及另一端封闭的螺旋管体结构；所述阿基米德螺旋共振腔的下表面固定设置于底座上，且阿基米德螺旋共振腔的上表面固定连接金属基板以形成仅在开口处开放的封闭结构；所述压电片设置于金属基板的表面，且压电片上设置有正负电极。还包括质量块，所述质量块设置于压电片的表面；本发明既能够以一个较小的体积实现对低频声压进行放大，还具有较宽的有效能量收集频带，由于其占用空间较小，易于安装，有效实现低频声波能量进行高效声电转换，拓展能量收集器的有效工作频段，为低功耗电子器件实现供能。

技术领域

本发明涉及一种用于低频宽带的紧凑式声波发电装置，属于声波发电设备的技术领域。

背景技术

近年来无线传感器、微机电系统等低功耗无线电子器件得到了快速发展，如何为其供能成为了目前需要解决的一项关键技术。对环境能量进行收集并加以利用，可有望解决低功耗电子器件的供能问题，使其在部署时免于更换电池，实现长时间的运行。声能是环境中普遍存在的一种机械能，不受环境中的温度、光照等的影响。特别是500Hz以下低频声波，由于其波长较长，难于抑制，传播距离较长。产生这种低频声波的噪声源很多，包括发电机、泵体、发动机、气流等噪声源，在工业界和人类生活中普遍存在。如能将这部分声能实现有效声电转换，可充分挖掘声能的潜力，并使整套声能收集装置具备安装灵活的特点，只要放置在声音较大的地方即可。

这里的低频声主要是指500Hz以下的低频声波。这类噪声的声波波长较长，由于声能量密度较低，在声电转换中为了获得较大的回收功率，通常需要设计声音放大结构，对入射声波进行放大。

基于赫姆霍兹声共鸣腔和1/4波长管技术可以对声波进行放大，1/4波长管装置对声压放大的效果更好。利用上述装置进行声波能量收集国内外已有相关的研究。目前存在的问题是在低频带声波进行能量收集时，这类装置体积较大，结构笨重，在很多应用场合受到了限制。以100Hz声波为例，其空气中传播时声波波长为3.43m，如果采用1/4波长管对其进行入射声压放大，1/4波长管的长度将达到0.85m。上述缺陷导致利用赫姆霍兹声共鸣腔和1/4波长管进行低频声能量收集的装置难以小型化。

此外，采用上述传统结构的最大回收功率发生在声共振结构的谐振频率点上，一旦声波激励频率偏离了声共振腔体自身的谐振频率，那么由于声压放大倍数的下降，导致回收功率值将大幅下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种用于低频宽带的紧凑式声波发电装置，解决传统结构在低频带声波进行能量收集时，这类装置体积较大，结构笨重，一旦声波激励频率偏离了声共振腔体自身的谐振频率，导致回收功率值将大幅下降的问题。将低频声波能量进行高效声电转换，拓展能量收集器的有效工作频段，为低功耗电子器件实现供能。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种用于低频宽带的紧凑式声波发电装置，包括：底座、阿基米德螺旋共振腔、金属基板、压电片，其中阿基米德螺旋共振腔采用一端开口及另一端封闭的螺旋管体结构；所述阿基米德螺旋共振腔的下表面固定设置于底座上，且阿基米德螺旋共振腔的上表面固定连接金属基板以形成仅在开口处开放的封闭结构；所述压电片设置于金属基板的表面，且压电片上设置有正负电极。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：还包括用于机械共振频率调节的质量块，所述质量块设置于压电片的表面。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：还包括负载电路，所述负载电路连接压电片的正负电极。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述负载电路采用可调电阻箱。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述底座采用树脂、ABS或金属材料制成。